Austin Amelio grandit dans un environnement chaleureux entouré de ses proches. Son père, passionné de menuiserie, et sa mère, dévouée à l'enseignement, favorisent très tôt la créativité et l'autonomie au sein du foyer. Durant son adolescence, le jeune Texan se consacre d'abord passionnément au skateboard, sillonnant les pistes urbaines de sa ville natale. Il découvre ensuite l'art dramatique et décide de s'orienter vers la comédie en suivant des cours de théâtre locaux et en participant à plusieurs courts-métrages indépendants.

Sa carrière décolle véritablement lorsqu'il est choisi pour incarner Dwight, un homme au visage brûlé et à la moralité complexe, dans la célèbre série The Walking Dead. Sa prestation remarquable lui permet de s'imposer auprès des fans de la franchise post-apocalyptique et de décrocher un rôle principal dans la série dérivée Fear the Walking Dead. Cette exposition télévisuelle majeure propulse sa notoriété internationale et met en valeur sa capacité à composer des personnages sombres et torturés.

Au cinéma, Austin Amelio fait des apparitions remarquées, notamment sous la direction du réalisateur Richard Linklater dans la comédie nostalgique Everybody Wants Some!! sortie en 2016. Il poursuit son ascension sur grand écran en diversifiant ses rôles dans des projets variés, comme la comédie Hit Man, l'horrifique Hokum ou le thriller western Les Contrebandiers.